Uçuş kontrol sistemlerinde kullanılan hidrolik kanat yön verme elemanlarının pozisyon kontrolü

Abstract

İnsanlı veya insansız hava araçları (yolcu, savaş uçakları, uydu fırlatma araçları vb.) tanımlı bir koordinattan diğerine gitmek için aerodinamik kontrol yüzeyi ve/veya yakıt itkinisi yönlendiren mekanizmalardan faydalanırlar. Bu mekanizmalar genellikle mekanik, elektro-mekanik, elektro-hidrolik, pnömatik vb. yapıda olabilirler. Bu doktora tezinde, kısıtlı parametrik belirsizlikler ve doğrusal olmayan davranışlar sergileyen bir hidrolik kanat yönlendirme sisteminin refeans takip problemi üzerinde çalışılmıştır. Bu çalışmanın temel özellikleri ve katkıları sırasıyla: (i) İkinci ve üçüncü dereceden kayan kipli kontrol yöntemlerinin bir referans takip denetleyicisi olarak kullanımı, (ii) İkinci dereceden düşük gürültülü ve dayanıklı kayan kipli sayısal türev yöntemlerinin sistem değişkenlerinin kestiriminde kullanımı (iii) Yüksek dereceli kayan kipli kontrol ve kestirim yöntemlerinin aynı kapalı çevrim kontrol döngüsünde test ve benzetim ortamında kullanımı, (iv) Kapalı çevrim sistem kararlılığını arttırıcı klasik kontrol yapılarının incelenmesi, (v) Doğrusal ve doğrusal olmayan denetleyici cevaplarının test ve benzetim ortamında karşılaştırılmasıdır. Yüksek dereceli kayan kipli kontrol ve kestirim yöntemlerinin aynı döngüde kullanımı literatürde teorik ve benzetim çalışmaları seviyesindedir. Kontrol yönteminin gerçek zamanlı kullanımı ve bir uçuş kontrol sistemlerinde referans takip denetleyici olarak kullanımı bu çalışmanın temel amacıdır. Çalışma sonucunda doğrusal veya doğrusal olmayan denetleyicilerin iç döngüsünde kullanılan dinamik basınç geri beslemesinin hidrolik sistem rezonans genliğinin düşürülmesinde etkili olduğu testlerle doğrulanmıştır. Tavsiye edilen yüksek dereceli kayan kipli kontrol/kestirim algoritmasını kullanarak, çatırdama olmaksızın en düşük pozisyon takip hatasını sağlayacak kapalı çevrim denetleyici yanıtı elde edilmiştir.

In order for a manned and/or an unmanned air vehicle (military or public aircrafts, space vehicles, missiles) to follow their given trajectories, aerodynamic control surfaces and thrust actuators need to be controlled precisely thus vehicle guidance and stability can be achieved. The mechanisms which are used are mostly of mechanical, electro-hydraulic and pneumatic type.In this PhD thesis, an output feedback sliding mode position controller/estimator scheme is proposed to control a system subject to bounded nonlinearities and parametric uncertainties. The main outcomes of the proposed approach are: (i) The application of a second and third order sliding mode closed loop controller for a reference tracking problem, (ii) The application of a second order robust sliding mode differentiator as a state estimator, (iii) The application of a combined high order sliding mode controller/estimator scheme for a reference tracking problem (iv) Proposing techniques to improve the closed loop stability margins of classical controllers, (v) Analysing and comparing the results of the linear and nonlinear controllers in real-time and simulation environment. Various works have been published addressing the theoretical effectiveness of the Third Order Sliding Mode Control (3-SMC). However, the application of 3-SMC with a feedback estimator to a flight actuators has not been treated explicitly. The main focus of the paper is to experimentally demonstrate the stability and positioning performance of a high order sliding mode controller/estimator algorithm. The obtained results have demonstrated that the proposed high order sliding mode controller/estimator scheme has a smaller position tracking error with minimum chattering compared to the linear counterparts.